랭킨 사이클

정의와 구성

랭킨 사이클은 물을 가압해 증기로 만들고, 일을 얻은 뒤 다시 물로 되돌리는 사이클이다.

구성요소는 펌프, 보일러, 터빈, 응축기 네 가지이며 순서대로 연결된다.

같은 물이 계속 돌아오므로 폐루프 순환이라 한다.

열효율 식

열효율은 순일을 보일러 입열로 나눈 값이다.

분자는 터빈 일에서 펌프 일을 뺀 순일, 분모는 보일러 입열이다.

펌프 일은 액체라 비체적이 작아 터빈 일보다 훨씬 작다.

예시 계산

가상의 예로 엔탈피 값을 넣어 열효율을 계산해 보자.

터빈 일은 870, 펌프 일은 5, 보일러 입열은 3,035 kJ/kg이다.

그래서 열효율은 약 28.5%다. 펌프 일은 터빈 일의 약 0.6%다.

헷갈리는 점

앞 문제의 답은 865 kJ/kg이다. 순일은 870에서 5를 뺀 값이다.

재열은 터빈 출구 건도 저하를 막고, 재생은 보일러 입구 온도를 높인다.

ORC는 물이 아니라 유기 작동유체를 쓰는 것이 정의의 핵심이다.

ORC 개요

유기 랭킨 사이클, 즉 ORC는 저온 폐열을 회수해 발전하는 사이클이다.

물보다 끓는점이 낮은 유기 작동유체를 증발시켜 터빈을 돌린다.

열원은 금속가공, 시멘트, 제지, 유리 공정의 100~400℃ 저급 열이다.

정리와 확인

랭킨 사이클은 펌프, 보일러, 터빈, 응축기로 구성된 증기동력 사이클이다.

열효율은 순일을 보일러 입열로 나눈 값이며, 평균 공급 온도를 높일수록 증가한다.

이제 재생 사이클의 목적을 직접 풀어 보자.

정답은 보일러 입구 온도 상승이다. 재생은 추기 증기로 급수를 가열한다.